JP2017083274A - Control device of lithium ion secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウムイオン二次電池の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a lithium ion secondary battery.
本明細書において「リチウムイオン二次電池」は、電解質イオンとしてリチウムイオンを利用し、正負極間におけるリチウムイオンに伴う電荷の移動により充電と放電が実現される二次電池を意味する。ここで、制御装置の制御対象としての「リチウムイオン二次電池」には、複数の電池要素が接続された「組電池」が含まれうる。また、制御装置の制御対象としての「リチウムイオン二次電池」には、「組電池」の電池要素として組み込まれた二次電池が含まれうる。 In the present specification, the “lithium ion secondary battery” means a secondary battery that uses lithium ions as electrolyte ions, and is capable of being charged and discharged by movement of charges accompanying the lithium ions between the positive and negative electrodes. Here, the “lithium ion secondary battery” as a control target of the control device may include an “assembled battery” in which a plurality of battery elements are connected. Further, the “lithium ion secondary battery” as the control target of the control device may include a secondary battery incorporated as a battery element of the “assembled battery”.
リチウムイオン二次電池の制御方法として、特開2013−89424号公報には、電池の劣化を予測する方法が開示されている。同公報で開示される予測方法では、ある温度とSOCとに、予め定められた時間滞在したときに、電池がどの程度劣化するかを予測するデータテーブルを用意する。そして、実際に、温度とSOCとについての履歴を基に、電池の劣化度を予測している。 As a method for controlling a lithium ion secondary battery, JP 2013-89424 A discloses a method for predicting battery deterioration. In the prediction method disclosed in the publication, a data table is prepared for predicting how much the battery deteriorates when staying at a certain temperature and SOC for a predetermined time. And actually, the deterioration degree of a battery is estimated based on the history about temperature and SOC.
リチウムイオン二次電池の劣化度を推定する手法について、特開2013−89424号公報に提案された手法は、リチウムイオン二次電池の劣化度を一応推定できる。しかしながら、推定値として算出される劣化度と、実際のリチウムイオン二次電池の劣化度との差は小さいことが望ましい。また、リチウムイオン二次電池の劣化に伴って変化しうる開回路電圧についても精度良く推定できることが望ましい。ここでは、精度良くリチウムイオン二次電池の開回路電圧および劣化度を推定できる新たな手法を提案する。 Regarding a method for estimating the deterioration degree of a lithium ion secondary battery, the technique proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-89424 can temporarily estimate the deterioration degree of a lithium ion secondary battery. However, it is desirable that the difference between the deterioration level calculated as the estimated value and the actual deterioration level of the lithium ion secondary battery is small. It is also desirable to be able to accurately estimate the open circuit voltage that can change as the lithium ion secondary battery deteriorates. Here, we propose a new method that can accurately estimate the open circuit voltage and the degree of deterioration of a lithium ion secondary battery.
ここで提案されるリチウムイオン二次電池の制御装置は、温度センサと、SOC検知部と、記録部A〜Dと、算出部E〜Iとを含んでいる。
ここで、温度センサは、対象となるリチウムイオン二次電池の温度を検知するセンサである。
SOC検知部は、対象となるリチウムイオン二次電池のSOCを検知する。
記録部Aは、温度センサによって検知された温度に基づく温度履歴を記録する。
記録部Bは、SOC検知部によって検知されたSOCに基づくSOC履歴を記録する。
記録部Cは、対象となるリチウムイオン二次電池の初期状態のSOCと正極電位との関係を記録している。
記録部Dは、対象となるリチウムイオン二次電池の初期状態のSOCと負極電位との関係を記録している。
算出部Eは、温度履歴とSOC履歴とに基づいて、対象となるリチウムイオン二次電池の正極の劣化度K1を算出する。
算出部Fは、温度履歴と前記SOC履歴とに基づいて、前記対象となるリチウムイオン二次電池の負極の劣化度K2を算出する。
算出部Gは、温度履歴とSOC履歴とに基づいて、対象となるリチウムイオン二次電池のリチウムトラップ量TLiを算出する。
算出部Hは、温度履歴と前記SOC履歴とに基づいて、対象となるリチウムイオン二次電池の正極電位と負極電位の起点SPを算出する。
算出部Iは、記録部Cに記録されたSOCと正極電位との関係と、記録部Dに記録されたSOCと負極電位との関係と、算出部Eによって算出された正極の劣化度K1と、算出部Fによって算出された負極の劣化度K2と、算出部Gによって算出されたリチウムトラップ量TLiと、算出部Hによって算出された起点SPとに基づいて、対象となるリチウムイオン二次電池の開回路電圧を算出する。
The proposed control device for a lithium ion secondary battery includes a temperature sensor, an SOC detection unit, recording units A to D, and calculation units E to I.
Here, the temperature sensor is a sensor that detects the temperature of the target lithium ion secondary battery.
The SOC detection unit detects the SOC of the target lithium ion secondary battery.
The recording unit A records a temperature history based on the temperature detected by the temperature sensor.
The recording unit B records an SOC history based on the SOC detected by the SOC detection unit.
The recording unit C records the relationship between the SOC in the initial state of the target lithium ion secondary battery and the positive electrode potential.
The recording unit D records the relationship between the SOC and the negative electrode potential in the initial state of the target lithium ion secondary battery.
The calculation unit E calculates the deterioration degree K1 of the positive electrode of the target lithium ion secondary battery based on the temperature history and the SOC history.
The calculation unit F calculates the deterioration degree K2 of the negative electrode of the target lithium ion secondary battery based on the temperature history and the SOC history.
The calculation unit G calculates the lithium trap amount TLi of the target lithium ion secondary battery based on the temperature history and the SOC history.
The calculation unit H calculates the starting point SP of the positive electrode potential and the negative electrode potential of the target lithium ion secondary battery based on the temperature history and the SOC history.
The calculation unit I includes the relationship between the SOC recorded in the recording unit C and the positive electrode potential, the relationship between the SOC recorded in the recording unit D and the negative electrode potential, and the deterioration degree K1 of the positive electrode calculated by the calculation unit E. The target lithium ion secondary battery based on the deterioration degree K2 of the negative electrode calculated by the calculation unit F, the lithium trap amount TLi calculated by the calculation unit G, and the starting point SP calculated by the calculation unit H The open circuit voltage of is calculated.
この制御装置によれば、正極の劣化度K1と、負極の劣化度K2と、リチウムトラップ量TLiと、起点SP(換言すれば、正極と負極がそれぞれ縮み起点)とを考慮して、対象となるリチウムイオン二次電池の劣化後の開回路電圧が算出される。このため、劣化後の開回路電圧が精度良く算出されうる。この制御装置は、コンピュータによって具現化されうる。例えば、SOC検知部と、記録部A〜Dと、算出部E〜Iとの各処理は、予め定められたプログラムに沿って動くプロセッサーによって実現されうる。また、本制御装置の手法は、リチウムイオン二次電池の劣化度を推定する手法にも応用されうる。 According to this control apparatus, the target is determined in consideration of the degree of deterioration K1 of the positive electrode, the degree of deterioration K2 of the negative electrode, the lithium trap amount TLi, and the starting point SP (in other words, the starting point of the positive electrode and the negative electrode contracts respectively). The open circuit voltage after deterioration of the lithium ion secondary battery is calculated. For this reason, the open circuit voltage after deterioration can be accurately calculated. This control device can be embodied by a computer. For example, the processes of the SOC detection unit, the recording units A to D, and the calculation units E to I can be realized by a processor that moves according to a predetermined program. Moreover, the method of this control apparatus can be applied also to the method of estimating the deterioration degree of a lithium ion secondary battery.
以下、ここで提案されるリチウムイオン二次電池の制御装置について一実施形態を説明する。ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。 Hereinafter, an embodiment of a control device for a lithium ion secondary battery proposed here will be described. The embodiments described herein are, of course, not intended to limit the present invention in particular.
〈リチウムイオン二次電池の劣化〉
本明細書でのリチウムイオン二次電池の劣化は、リチウムイオン二次電池の容量劣化を意味している。リチウムイオン二次電池は、使用によって電池容量が初期状態よりも減少する傾向がある。リチウムイオン二次電池の劣化度は、初期状態の電池容量に対する、現状の電池容量の割合で表される。つまり、リチウムイオン二次電池の劣化度は、下記の式(A)で表され、初期状態の電池容量を100としたときの、現状の電池容量の割合であり、容量維持率とも称されうる。
リチウムイオン二次電池の劣化度=(現状の電池容量)/(初期状態の電池容量)×100(%)・・・(A)
<Deterioration of lithium ion secondary battery>
The deterioration of the lithium ion secondary battery in this specification means the capacity deterioration of the lithium ion secondary battery. Lithium ion secondary batteries tend to have a lower battery capacity than their initial state. The degree of deterioration of the lithium ion secondary battery is expressed as a ratio of the current battery capacity to the battery capacity in the initial state. That is, the degree of deterioration of the lithium ion secondary battery is represented by the following formula (A), and is a ratio of the current battery capacity when the battery capacity in the initial state is 100, and may also be referred to as a capacity maintenance ratio. .
Degree of deterioration of lithium ion secondary battery = (current battery capacity) / (initial battery capacity) × 100 (%) (A)
リチウムイオン二次電池について、「初期状態」は、リチウムイオン二次電池が組み立てられた後の状態で任意に定めることができる。例えば、リチウムイオン二次電池が組み立てられ、予め定められたコンディショニング工程を経過し、リチウムイオン二次電池として通常の使用ができる状態を「初期状態」としてもよい。また、リチウムイオン二次電池の初期状態は、リチウムイオン二次電池が出荷される際の状態としてもよい。 Regarding the lithium ion secondary battery, the “initial state” can be arbitrarily determined in a state after the lithium ion secondary battery is assembled. For example, a state in which a lithium ion secondary battery is assembled, a predetermined conditioning process has passed, and can be normally used as a lithium ion secondary battery may be referred to as an “initial state”. The initial state of the lithium ion secondary battery may be a state when the lithium ion secondary battery is shipped.
〈リチウムイオン二次電池の電池容量〉
リチウムイオン二次電池の電池容量について、ここでは、開回路電圧を基にリチウムイオン二次電池の上限電圧と下限電圧とを予め定め設定する。そして、CCCV充電によって、リチウムイオン二次電池を上限電圧まで充電し、その後、CCCV放電によってリチウムイオン二次電池を下限電圧まで放電する。この際、初期状態でのリチウムイオン二次電池について、上限電圧から下限電圧まで放電したときの放電容量を、リチウムイオン二次電池の初期状態の電池容量とする。
<Battery capacity of lithium ion secondary battery>
Here, regarding the battery capacity of the lithium ion secondary battery, the upper limit voltage and the lower limit voltage of the lithium ion secondary battery are set in advance based on the open circuit voltage. Then, the lithium ion secondary battery is charged to the upper limit voltage by CCCV charging, and then the lithium ion secondary battery is discharged to the lower limit voltage by CCCV discharge. At this time, for the lithium ion secondary battery in the initial state, the discharge capacity when discharged from the upper limit voltage to the lower limit voltage is defined as the battery capacity in the initial state of the lithium ion secondary battery.
この実施形態では、対象となるリチウムイオン二次電池に対して、開回路電圧を基にリチウムイオン二次電池の下限電圧を3.0Vとし、上限電圧を4.1Vとする。この場合、開回路電圧が3.0Vである状態がSOC0%であり、開回路電圧が4.1Vである状態がSOC100%(満充電状態)である。電池容量はCCCV充電によって開回路電圧が4.1Vになる状態まで充電し、CCCV放電によって開回路電圧が3.0Vになるまで放電したときの放電容量に相当する。ここで、「SOC」は、State Of Chargeの略であり、電池の充電状態を示している。ここでは、「SOC」は、満充電状態に対する充電率で定められる。以下、満充電状態に対する充電率を「充電率」と称する。
In this embodiment, the lower limit voltage of the lithium ion secondary battery is set to 3.0 V and the upper limit voltage is set to 4.1 V based on the open circuit voltage for the target lithium ion secondary battery. In this case, the state where the open circuit voltage is 3.0 V is
〈リチウムイオン二次電池の劣化傾向〉
以下に、本発明者の知見を基に、リチウムイオン二次電池の劣化事象を説明する。
<Deterioration tendency of lithium ion secondary batteries>
Below, the deterioration event of a lithium ion secondary battery is demonstrated based on the knowledge of this inventor.
図1は、リチウムイオン二次電池の充電電流量と開回路電圧(OCV)との関係の一典型例を示すグラフである。図2は、初期状態のリチウムイオン二次電池の充電電流量に対する正極電位と負極電位との典型的な関係を示すグラフである。図3は、劣化後のリチウムイオン二次電池の充電電流量に対する正極電位と負極電位との典型的な関係を示すグラフである。なお、図1,図2および図3は、典型例を模式的に示すものであり、厳密な測定結果を示すものではない。 FIG. 1 is a graph showing a typical example of the relationship between the charging current amount of the lithium ion secondary battery and the open circuit voltage (OCV). FIG. 2 is a graph showing a typical relationship between the positive electrode potential and the negative electrode potential with respect to the charging current amount of the lithium ion secondary battery in the initial state. FIG. 3 is a graph showing a typical relationship between the positive electrode potential and the negative electrode potential with respect to the charging current amount of the deteriorated lithium ion secondary battery. In addition, FIG.1, FIG2 and FIG.3 shows a typical example typically, and does not show a exact measurement result.
ここで、図1中の実線Sは、リチウムイオン二次電池について初期状態でのSOCと開回路電圧(OCV)との関係を示している。破線S1は、劣化後のSOCと開回路電圧(OCV)との関係を示している。図2および図3の横軸は、充電または放電の電流量を示している。図2の実線Pは、初期状態での充電電流量に対する正極電位を示している。実線Qは、初期状態での充電電流量に対する負極電位を示している。図3の実線P1は、劣化後の充電電流量に対する正極電位を示している。実線Qは、劣化後の充電電流量に対する負極電位を示している。図1では、横軸がリチウムイオン二次電池のSOCを示しており、縦軸が開回路電圧(OCV)を示している。また、破線で示すように、使用によって正極と負極はそれぞれ劣化(単極での容量が減少)し、その結果、リチウムイオン二次電池の電池容量が減少する。 Here, the solid line S in FIG. 1 shows the relationship between the SOC and the open circuit voltage (OCV) in the initial state for the lithium ion secondary battery. A broken line S1 indicates a relationship between the deteriorated SOC and the open circuit voltage (OCV). The horizontal axis of FIG. 2 and FIG. 3 has shown the electric current amount of charge or discharge. A solid line P in FIG. 2 indicates the positive electrode potential with respect to the charging current amount in the initial state. A solid line Q indicates the negative electrode potential with respect to the charging current amount in the initial state. A solid line P1 in FIG. 3 indicates the positive electrode potential with respect to the charge current amount after deterioration. A solid line Q indicates the negative electrode potential with respect to the charge current amount after deterioration. In FIG. 1, the horizontal axis indicates the SOC of the lithium ion secondary battery, and the vertical axis indicates the open circuit voltage (OCV). Moreover, as shown by a broken line, the positive electrode and the negative electrode are deteriorated by use (the capacity of the single electrode is reduced), and as a result, the battery capacity of the lithium ion secondary battery is reduced.
本明細書では、初期状態での正極電位を、適宜に「OCP+」と称する。初期状態での負極電位を、適宜に「OCP−」と称する。正極電位、負極電位は、それぞれ参照電極との電位差で把握されうる。参照電極には、例えば、金属リチウムが用いられる。初期状態でのSOCと正極電位(OCP+)との関係は、典型的には、図2の実線Pのようになる。実線Pは、適宜に、「SOC−OCP+」と称される。SOCと負極電位(OCP−)との関係は、典型的には、図2の実線Qのようになる。実線Qは、適宜に、「SOC−OCP−」と称される。 In this specification, the positive electrode potential in the initial state is appropriately referred to as “OCP +”. The negative electrode potential in the initial state is appropriately referred to as “OCP−”. The positive electrode potential and the negative electrode potential can be grasped by the potential difference from the reference electrode. For example, metallic lithium is used for the reference electrode. The relationship between the SOC and the positive electrode potential (OCP +) in the initial state is typically as shown by the solid line P in FIG. The solid line P is appropriately referred to as “SOC-OCP +”. The relationship between the SOC and the negative electrode potential (OCP−) is typically as shown by the solid line Q in FIG. The solid line Q is appropriately referred to as “SOC-OCP-”.
〈リチウムイオン二次電池の劣化傾向〉
ここで、図1,図2および図3は、例えば、層構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物(例えば、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物)を正極活物質粒子とし、黒鉛構造を有する黒鉛粒子を負極活物質として用いたリチウムイオン二次電池についての傾向を示している。
<Deterioration tendency of lithium ion secondary batteries>
Here, FIGS. 1, 2 and 3 show, for example, lithium transition metal composite oxide having a layer structure (for example, lithium nickel cobalt manganese composite oxide) as positive electrode active material particles, and graphite particles having a graphite structure. The tendency about the lithium ion secondary battery used as a negative electrode active material is shown.
図2に実線P、Qによって示されるように、初期状態のリチウムイオン二次電池では、放電電流量に対して正極電位Pが徐々に低下し、負極電位Qが徐々に上昇する。そして、放電末期では、正極電位Pが急激に低下し、負極電位Qも急激に上昇する。また、充電電流量に対して正極電位Pは徐々に上昇し、負極電位Qは段階的に低下する。 As shown by solid lines P and Q in FIG. 2, in the lithium ion secondary battery in the initial state, the positive electrode potential P gradually decreases with respect to the discharge current amount, and the negative electrode potential Q gradually increases. At the end of discharge, the positive electrode potential P rapidly decreases and the negative electrode potential Q also increases rapidly. Further, the positive electrode potential P gradually increases with respect to the charging current amount, and the negative electrode potential Q decreases stepwise.
図2において、同じ充電状態(i)での正極電位P(i)と負極電位Q(i)との差分{P(i)−Q(i)}がリチウムイオン二次電池の開回路電圧S(i)に相当する。図2で示すような正極電位Pと負極電位Qは、例えば、正極電位と負極電位をそれぞれ測定する試験によって得られうる。また、正極電位P、負極電位Qは、リチウムイオン二次電池の仕様に応じて理論的に求められうる。例えば、正極電位Pは、正極に含まれる正極活物質量および正極活物質の材料特性に基づいて理論的に求められうる。また、負極電位Qは、負極に含まれる負極活物質量および負極活物質の材料特性に基づいて理論的に求められうる。 In FIG. 2, the difference {P (i) −Q (i)} between the positive electrode potential P (i) and the negative electrode potential Q (i) in the same state of charge (i) is the open circuit voltage S of the lithium ion secondary battery. It corresponds to (i). The positive electrode potential P and the negative electrode potential Q as shown in FIG. 2 can be obtained, for example, by a test for measuring the positive electrode potential and the negative electrode potential, respectively. Further, the positive electrode potential P and the negative electrode potential Q can be theoretically determined according to the specifications of the lithium ion secondary battery. For example, the positive electrode potential P can be theoretically obtained based on the amount of the positive electrode active material contained in the positive electrode and the material characteristics of the positive electrode active material. The negative electrode potential Q can be theoretically obtained based on the amount of the negative electrode active material contained in the negative electrode and the material characteristics of the negative electrode active material.
また、正極では、充電電流量が低い始端Psから終端Ptまでリチウムイオンが放出される。そして、始端Psから終端Ptまでに放出されるリチウムイオンの放出量に応じて正極初期容量W+が定められる。また、負極では、始端Qsから終端Qtまでリチウムイオンが吸収される。そして、始端Qsから終端Qtまでに吸収されるリチウムイオンの放出量に応じて負極初期容量W−が定められる。 Further, at the positive electrode, lithium ions are released from the start end Ps to the end end Pt where the charging current amount is low. The positive electrode initial capacity W + is determined according to the amount of lithium ions released from the starting end Ps to the terminal end Pt. In the negative electrode, lithium ions are absorbed from the start end Qs to the end end Qt. Then, the negative electrode initial capacity W− is determined according to the release amount of lithium ions absorbed from the start end Qs to the end end Qt.
これに対して、図3によって示されるように、劣化後のリチウムイオン二次電池では、放電電流量に対して正極電位P1が低下するタイミングや、負極電位Q1が上昇するタイミングは、初期状態よりも早くなる傾向がある。また、正極電位P1は、充電電流量に対して上昇するタイミングが初期状態よりも早くなり、負極電位Q1は、充電電流量に対して段階的に低下するタイミングが初期状態よりも遅くなる。 On the other hand, as shown in FIG. 3, in the deteriorated lithium ion secondary battery, the timing at which the positive electrode potential P1 decreases and the timing at which the negative electrode potential Q1 increases with respect to the discharge current amount are higher than those in the initial state. Tend to be faster. Further, the timing at which the positive electrode potential P1 rises with respect to the amount of charging current is earlier than the initial state, and the timing at which the negative electrode potential Q1 falls stepwise with respect to the amount of charging current is later than the initial state.
図3において、破線Qtは、図2の初期状態の負極電位Qのグラフの終点に相当する位置を示している。破線Psは、破線Ptを基準とし、図2の初期状態の正極電位Pのグラフの始端に相当する位置を示している。破線Qsは、破線Ptを基準とし、図2の初期状態の負極電位Qのグラフの始端に相当する位置を示している。図3に示されるように、劣化後の正極電位P1のグラフは、初期状態の正極電位Pのグラフよりも横軸(充電電流量)に沿って縮んだグラフになる。その結果、劣化後の正極容量W1+は、正極初期容量W+(図2参照)よりも減る。また、劣化後の負極電位Q1のグラフは、初期状態の負極電位Qのグラフよりも横軸(充電電流量)に沿って縮んだようなグラフになる。その結果、劣化後の負極容量W1−は、負極初期容量W−(図2参照)よりも減る。 In FIG. 3, a broken line Qt indicates a position corresponding to the end point of the negative potential Q in the initial state of FIG. A broken line Ps indicates a position corresponding to the starting end of the graph of the positive electrode potential P in the initial state of FIG. 2 with reference to the broken line Pt. A broken line Qs indicates a position corresponding to the starting end of the graph of the negative electrode potential Q in the initial state of FIG. 2 with reference to the broken line Pt. As shown in FIG. 3, the graph of the positive electrode potential P <b> 1 after deterioration is a graph contracted along the horizontal axis (charge current amount) more than the graph of the positive electrode potential P in the initial state. As a result, the deteriorated positive electrode capacity W1 + is smaller than the positive electrode initial capacity W + (see FIG. 2). Further, the graph of the negative electrode potential Q1 after deterioration is a graph that is contracted along the horizontal axis (charge current amount) more than the graph of the negative electrode potential Q in the initial state. As a result, the negative electrode capacity W1- after deterioration is smaller than the negative electrode initial capacity W- (see FIG. 2).
上記の劣化後の傾向について、正極では、正極活物質がリチウムイオンを放出または吸蔵できる量が減少することが原因と考えられる。つまり、図3に示されるように、リチウムイオン二次電池について予め定められた開回路電圧の範囲での充電または放電において、正極活物質がリチウムイオンを放出または吸蔵できる量が減少する。この現象は、「正極の劣化」と称される。また、充電電流量を示す横軸に沿って正極が機能する幅が短くなることから、「正極縮み」とも称されうる。 About the tendency after said deterioration, in the positive electrode, it is thought that the cause is that the amount of positive electrode active material that can release or occlude lithium ions decreases. That is, as shown in FIG. 3, the amount of the positive electrode active material that can release or occlude lithium ions is reduced during charging or discharging within a predetermined open circuit voltage range of the lithium ion secondary battery. This phenomenon is referred to as “deterioration of the positive electrode”. Moreover, since the width | variety in which a positive electrode functions along the horizontal axis which shows charge current amount becomes short, it can also be called "positive electrode shrinkage".
また、負極では、負極活物質がリチウムイオンを放出または吸蔵できる量が減少することが原因と考えられる。つまり、リチウムイオン二次電池について予め定められた開回路電圧の範囲での充電または放電において、負極活物質がリチウムイオンを放出または吸蔵できる量が減少する。この現象は、「負極の劣化」と称される。また、充電電流量を示す横軸に沿って負極が機能する幅が短くなることから、「負極縮み」とも称されうる。 Further, in the negative electrode, it is considered that the cause is that the amount of the negative electrode active material that can release or occlude lithium ions decreases. That is, the amount of the negative electrode active material that can release or occlude lithium ions is reduced during charging or discharging within a predetermined open circuit voltage range for the lithium ion secondary battery. This phenomenon is called “deterioration of the negative electrode”. Moreover, since the width | variety in which a negative electrode functions is shortened along the horizontal axis which shows charge current amount, it can also be called "negative electrode shrinkage".
本発明者は、劣化後の正極電位P1および劣化後の負極電位Q1の関係を、より精度良く得るためには、劣化後の正極電位P1および劣化後の負極電位Q1が、劣化によりどの程度縮んだかという点と、どの位置を起点にして縮んだかを知る必要があると考えている。ここでは、初期状態の正極電位Pと負極電位Qのグラフに対して、劣化後の正極電位P1と負極電位Q1のグラフが縮む起点を「起点SP」と称する。なお、ここで例示される例では、起点SPは、正極も負極も同じ起点SPが算出されている。これに限らず、起点SPは、正極と負極でそれぞれ異なっていてもよい。正極と負極でそれぞれSPが異なることを考慮する場合、起点SPを算出する際に、正極と負極とでそれぞれ異なるデータテーブルを用意して、それぞれ異なる起点SPを算出するとよい。 In order to obtain the relationship between the positive electrode potential P1 after deterioration and the negative electrode potential Q1 after deterioration with higher accuracy, the inventor reduces how much the positive electrode potential P1 after deterioration and the negative electrode potential Q1 after deterioration shrink due to deterioration. I think it is necessary to know what point it is and what position it has shrunk from. Here, with respect to the graph of the positive electrode potential P and the negative electrode potential Q in the initial state, the starting point at which the graph of the deteriorated positive electrode potential P1 and negative electrode potential Q1 contracts is referred to as “starting point SP”. In the example illustrated here, the starting point SP is the same starting point SP for both the positive electrode and the negative electrode. However, the starting point SP may be different between the positive electrode and the negative electrode. When considering that the SP is different between the positive electrode and the negative electrode, when calculating the starting point SP, it is preferable to prepare different data tables for the positive electrode and the negative electrode and calculate different starting points SP.
また、リチウムイオン二次電池では、充電時に正極からリチウムイオンが放出され、負極はリチウムイオンを吸収するとともに、負極に電荷が蓄えられる。放電時には、負極に蓄えられたリチウムイオンが放出され、正極にリチウムイオンが戻る。かかる充電と放電において、リチウムイオンは被膜に取り込まれたり、一部析出したりするので、劣化が進むと電池反応に寄与するリチウムが減少する。ここでは、電池反応に寄与するリチウムが減少した量を「リチウムトラップ量」と称する。 In a lithium ion secondary battery, lithium ions are released from the positive electrode during charging, the negative electrode absorbs lithium ions, and charges are stored in the negative electrode. At the time of discharging, lithium ions stored in the negative electrode are released, and the lithium ions return to the positive electrode. In such charging and discharging, lithium ions are taken into the film or partially deposited, so that lithium that contributes to the battery reaction decreases as the deterioration progresses. Here, the amount of decrease in lithium that contributes to the battery reaction is referred to as “lithium trap amount”.
図2および図3に示すように、例えば、電池反応に寄与するリチウムが減少することによって、劣化後の正極電位P1と負極電位Q1に相対的なずれが生じる。また、劣化後の正極電位P1と負極電位Q1のグラフは、初期状態の正極電位Pと負極電位Qのグラフに対してそれぞれ縮む。このため、例えば、放電側を観察すると、劣化後の正極電位P1が降下するタイミングと負極電位Q1が上昇するタイミングとは、劣化によってずれる。 As shown in FIGS. 2 and 3, for example, a decrease in lithium contributing to the battery reaction causes a relative deviation between the positive electrode potential P1 and the negative electrode potential Q1 after deterioration. Further, the graphs of the positive electrode potential P1 and the negative electrode potential Q1 after deterioration are contracted with respect to the graphs of the positive electrode potential P and the negative electrode potential Q in the initial state, respectively. For this reason, for example, when the discharge side is observed, the timing at which the degraded positive electrode potential P1 drops and the timing at which the negative electrode potential Q1 rises deviate due to degradation.
ここで提案されるリチウムイオン二次電池の制御方法では、正極の劣化度K1と、負極の劣化度K2と、リチウムトラップ量TLiと、起点SPとに基づいて、リチウムイオン二次電池の開回路電圧および劣化度が推定される。 In the lithium ion secondary battery control method proposed here, the open circuit of the lithium ion secondary battery is based on the positive electrode deterioration degree K1, the negative electrode deterioration degree K2, the lithium trap amount TLi, and the starting point SP. The voltage and the degree of deterioration are estimated.
正極の劣化度K1と、負極の劣化度K2と、リチウムトラップ量TLiと、起点SPとは、対象となるリチウムイオン二次電池について、温度環境とSOCの履歴に基づいてそれぞれ推定される。ここで提案されるリチウムイオン二次電池の制御方法によれば、リチウムイオン二次電池の開回路電圧および劣化度を、より精度良く推定することができ、リチウムイオン二次電池のより適切な制御が可能になる。 The deterioration degree K1 of the positive electrode, the deterioration degree K2 of the negative electrode, the lithium trap amount TLi, and the starting point SP are estimated based on the temperature environment and the SOC history for the target lithium ion secondary battery. According to the lithium ion secondary battery control method proposed here, the open circuit voltage and deterioration degree of the lithium ion secondary battery can be estimated more accurately, and the lithium ion secondary battery can be controlled more appropriately. Is possible.
図4は、制御装置100を模式的に示すブロック図である。制御装置100は、ここで提案されるリチウムイオン二次電池の制御方法を具現化する装置である。制御装置100は、予め定められたプログラムに沿って演算を行う演算装置と、電子化された情報を記憶する記憶装置とを備えている。演算装置は、中央処理装置(CPU)などと称されうる。記憶装置は、メモリやハードディスクなどと称されうる。制御装置100は、予め定められたプログラムに沿って所定の演算処理を行い、演算結果を基にリチウムイオン二次電池10を電気的に制御する。また、車両用途では、制御装置100は、エンジンやステアリングやブレーキや二次電池などを制御するために車両に搭載された電子制御ユニット(ECU)に組み込まれているとよい。
FIG. 4 is a block diagram schematically showing the
図4に示す例では、制御対象となるリチウムイオン二次電池10の正極端子12と負極端子14には、入力装置32(例えば、電源)と、出力装置34(例えば、出力先の外部装置)とが、それぞれ並列に接続されている。また、リチウムイオン二次電池10には、電流計22が直列に接続されており、電圧計24が並列に接続されている。また、リチウムイオン二次電池10には、温度センサ26が取り付けられている。
In the example shown in FIG. 4, an input device 32 (for example, a power source) and an output device 34 (for example, an output destination external device) are connected to the
〈制御装置100〉
制御装置100には、電流計22と、電圧計24と、温度センサ26からそれぞれ測定値に関する情報が入力される。そして、リチウムイオン二次電池10の開回路電圧や劣化度を推定し、リチウムイオン二次電池10の充電と放電とを制御する。図4に示す例では、制御装置100は、入力装置32と、出力装置34と、入力スイッチ42と、出力スイッチ44とを制御する。制御装置100は、例えば、入力装置32または出力装置34を制御することによって、リチウムイオン二次電池10に通電する電流値を調整できる。また、例えば、入力スイッチ42または出力スイッチ44を制御することによって、リチウムイオン二次電池10への通電を停止できる。
<
Information related to the measured values is input to the
ここで、温度センサ26は、対象となるリチウムイオン二次電池10の温度を検知するセンサであり、リチウムイオン二次電池10の予め定められた位置、例えば、側面に取り付けられる。温度センサ26は、所要の感度を備えており、制御装置100に温度に応じた電気的な信号が得られればよく、かかる機能を奏するものであれば、温度センサ26の構造は特に限定されない。
Here, the temperature sensor 26 is a sensor that detects the temperature of the target lithium ion
制御装置100は、図4に示すように、SOC検知部101と、記録部A〜Dと、算出部E〜Jとを含んでいる。
As shown in FIG. 4, the
〈SOC検知部101〉
SOC検知部101は、制御装置100において、対象となるリチウムイオン二次電池10のSOCを検知する処理部である。制御装置100が対象となるリチウムイオン二次電池10のSOCを検知する手法としては、具体的には種々の手法を採用しうる。以下に一例を示す。SOCを検知する手法はここで例示される手法に限定されない。
<
The
〈SOCを検知する手法例〉
リチウムイオン二次電池10のSOCを検知する手法について説明する。この実施形態では、同型のリチウムイオン二次電池について、初期状態における開回路電圧(OCV)とSOCとの関係に相当するデータを、試験によって得て、制御装置100に予め記憶させておく。
<Example of method for detecting SOC>
A method for detecting the SOC of the lithium ion
初期状態におけるリチウムイオン二次電池10の充電電流量に対する正極電位Pの変化量に相当するデータを、試験によって得て、制御装置100に予め記憶させておく。また、初期状態におけるリチウムイオン二次電池10の充電電流量に対する負極電位Qの変化量に相当するデータを、試験によって得て、制御装置100に予め記憶させておく。
Data corresponding to the change amount of the positive electrode potential P with respect to the charge current amount of the lithium ion
SOC検知部101には、初期状態のリチウムイオン二次電池10について、開回路電圧(OCV)とSOCとの関係が予め記憶されている。そして、SOC検知部101は、予め記憶された開回路電圧(OCV)とSOCとの関係と、開回路電圧(OCV)とに基づいて、初期状態におけるリチウムイオン二次電池10のSOCを検知する。検知されたSOCは、制御装置100において、積算期間の直前の充電率SOCyとして記憶される。その後は、予め定められた積算期間の充電電流量と放電電流量とが積算された積算電流量(ΔI)に基づいて、充電率の変化量(ΔSOC)が算出される。
The
積算電流量(ΔI)は、充電電流量が放電電流量よりも多い場合には+になり、放電電流量が充電電流量よりも多い場合には−になる。以下の式(B)のように、積算電流量(ΔI)を電池容量(Io)で割ることによって、充電率の変化量(ΔSOC)が求められる。
ΔSOC=ΔI/Io・・・(B)
The integrated current amount (ΔI) becomes + when the charging current amount is larger than the discharging current amount, and becomes − when the discharging current amount is larger than the charging current amount. As shown in the following formula (B), the change amount (ΔSOC) of the charging rate is obtained by dividing the integrated current amount (ΔI) by the battery capacity (Io).
ΔSOC = ΔI / Io (B)
なお、対象となるリチウムイオン二次電池10は、使用により電池容量(Io)が劣化する傾向がある。つまり、リチウムイオン二次電池10は、初期状態よりも使用により徐々に電池容量が減少する傾向がある。充電率の変化量ΔSOCを算出する上で、積算電流量(ΔI)を電池容量(Io)で割る。この際、電池容量(Io)には、より厳密には、積算期間直前の電池容量として、直前の積算期間で算出された劣化後の電池容量Ixを用い、式(B1)によって、充電率の変化量ΔSOCを算出してもよい。この場合、制御装置100に記憶されている電池容量(Io)は、直前の積算期間で算出された劣化後の電池容量Ixに随時に更新するとよい。なお、劣化後の電池容量Ixの算出方法は、さらに後で説明されている。
ΔSOC=ΔI/Ix・・・(B1)
In addition, the target lithium ion
ΔSOC = ΔI / Ix (B1)
当該積算期間後の充電率SOCxは、以下の式(C)のように、当該積算期間の直前の充電率SOCyと、充電率の変化量ΔSOCとの和によって算出される。
SOCx=SOCy+ΔSOC・・・(C)
制御装置100に記憶されている当該積算期間の直前の充電率SOCyは、当該積算期間後に算出された充電率SOCxに随時に更新されるとよい。
The charging rate SOCx after the integration period is calculated by the sum of the charging rate SOCy immediately before the integration period and the change rate ΔSOC of the charging rate, as in the following equation (C).
SOCx = SOCy + ΔSOC (C)
The charge rate SOCy immediately before the integration period stored in the
式(C)において、SOCyは、充電率の変化量ΔSOCを算出する際の積算電流量の積算期間の直前の充電率である。ここで、積算電流量(ΔI)と積算期間後の充電率SOCxとは、予め定められた単位時間を積算期間として、かかる積算期間毎に算出される。積算期間は任意に設定できる。積算期間は、例えば、15秒、30秒、1分、5分あるいは10分で設定してもよい。この実施形態では、積算期間は1分間で設定されており、1分毎に、劣化後の電池容量と、積算期間後の充電率SOCxとを算出している。なお、積算期間後の充電率SOCxを検知する手法は、他にも種々あり、例えば、活物質の特性を考慮して適当な手法を採用するとよい。 In the equation (C), SOCy is the charging rate immediately before the integration period of the integrated current amount when calculating the change amount ΔSOC of the charging rate. Here, the integrated current amount (ΔI) and the charging rate SOCx after the integration period are calculated for each integration period with a predetermined unit time as an integration period. The integration period can be set arbitrarily. For example, the integration period may be set to 15 seconds, 30 seconds, 1 minute, 5 minutes, or 10 minutes. In this embodiment, the integration period is set to 1 minute, and the battery capacity after deterioration and the charge rate SOCx after the integration period are calculated every minute. There are various other methods for detecting the charge rate SOCx after the integration period. For example, an appropriate method may be adopted in consideration of the characteristics of the active material.
〈記録部A〉
記録部Aは、制御装置100において、温度センサ26によって検知された温度に基づく温度履歴を記録する処理部である。例えば、温度センサ26で検知された温度の情報を、時系列に記録するとよい。
<Recording part A>
The recording unit A is a processing unit that records a temperature history based on the temperature detected by the temperature sensor 26 in the
〈記録部B〉
記録部Bは、制御装置100において、SOC検知部101によって検知されたSOCに基づくSOC履歴を記録する処理部である。例えば、SOC検知部101によって検知されたSOCの情報を、時系列に記録するとよい。
<Recording part B>
The recording unit B is a processing unit that records an SOC history based on the SOC detected by the
〈記録部C〉
記録部Cは、対象となるリチウムイオン二次電池10のSOCと正極電位Pとの関係が記録されている。この実施形態では、記録部Cには、図2に示す、リチウムイオン二次電池10の初期状態のSOCと正極電位Pとの関係が記録されている。
<Recording part C>
In the recording unit C, the relationship between the SOC of the target lithium ion
〈記録部D〉
記録部Dは、対象となるリチウムイオン二次電池10のSOCと負極電位Qとの関係が記録されている。この実施形態では、記録部Dには、図2に示す、リチウムイオン二次電池10の初期状態のSOCと負極電位Qとの関係が記録されている。
<Recording part D>
In the recording unit D, the relationship between the SOC of the target lithium ion
〈算出部E〜H〉
算出部Eは、制御装置100において、温度履歴とSOC履歴とに基づいて、対象となるリチウムイオン二次電池10の正極の劣化度K1を算出する処理部である。
算出部Fは、制御装置100において、温度履歴とSOC履歴とに基づいて、対象となるリチウムイオン二次電池10の負極の劣化度K2を算出する処理部である。
算出部Gは、制御装置100において、温度履歴とSOC履歴とに基づいて、対象となるリチウムイオン二次電池10のリチウムトラップ量TLiを算出する処理部である。
算出部Hは、制御装置100において、温度履歴とSOC履歴とに基づいて、対象となるリチウムイオン二次電池10の正極電位と負極電位の起点SP(縮み起点)を算出する処理部である。
<Calculation units E to H>
The calculation unit E is a processing unit that calculates the deterioration degree K1 of the positive electrode of the target lithium ion
The calculation unit F is a processing unit that calculates the deterioration degree K2 of the negative electrode of the target lithium ion
The calculation unit G is a processing unit that calculates the lithium trap amount TLi of the target lithium ion
The calculation unit H is a processing unit that calculates the starting point SP (contraction starting point) of the positive electrode potential and the negative electrode potential of the target lithium ion
図5および図6は、正極の劣化度K1と、負極の劣化度K2と、リチウムトラップ量TLiと、起点SPとの算出に用いるデータテーブルM1〜M4をそれぞれ例示している。このうち、図5には、放置状態におけるデータテーブルM1A〜M4Aが例示されている。図6には、通電状態におけるデータテーブルM1B〜M4Bが例示されている。 FIGS. 5 and 6 exemplify data tables M1 to M4 used for calculating the deterioration degree K1 of the positive electrode, the deterioration degree K2 of the negative electrode, the lithium trap amount TLi, and the starting point SP, respectively. Among these, FIG. 5 illustrates data tables M1A to M4A in the neglected state. FIG. 6 illustrates data tables M1B to M4B in the energized state.
〈データテーブルM1〜M4〉
正極の劣化度K1と、負極の劣化度K2と、リチウムトラップ量TLiとの算出に用いるデータテーブルM1〜M4は、図5および図6に示すように、リチウムイオン二次電池が放置されている状態(放置状態)と、リチウムイオン二次電池が通電されている状態(通電状態)とに応じてそれぞれ用意されている。なお、図5および図6で示されたデータテーブルM1〜M4は、ここで提案される制御方法の理解を助ける目的で、それぞれ説明の便宜上作成したものである。図5および図6で示されたデータテーブルM1〜M4は、必ずしも実際のリチウムイオン二次電池に対して具体的なデータを示すものではない。例えば、図5および図6では、SOCについて0%から100%まで20%刻みで、かつ、温度について−30℃、0℃、25℃、60℃の4つの温度について、データが入力されている。実際には、SOCおよび温度について、それぞれさらに細分化したデータテーブルを用いるとよい。
<Data tables M1-M4>
In the data tables M1 to M4 used for calculation of the deterioration degree K1 of the positive electrode, the deterioration degree K2 of the negative electrode, and the lithium trap amount TLi, as shown in FIGS. 5 and 6, the lithium ion secondary battery is left as it is. It is prepared according to the state (leaving state) and the state where the lithium ion secondary battery is energized (energized state). Note that the data tables M1 to M4 shown in FIGS. 5 and 6 are respectively created for convenience of explanation in order to help understanding of the control method proposed here. The data tables M1 to M4 shown in FIGS. 5 and 6 do not necessarily indicate specific data for an actual lithium ion secondary battery. For example, in FIG. 5 and FIG. 6, data is input with respect to four temperatures of −30 ° C., 0 ° C., 25 ° C., and 60 ° C. for the temperature in increments of 20% from 0% to 100% for the SOC. . Actually, it is preferable to use data tables that are further subdivided for SOC and temperature.
かかるデータテーブルは、例えば、当該温度およびSOCの状態に、対象となるリチウムイオン二次電池と同型のリチウムイオン二次電池を滞在させ、どの程度の劣化が起きるかを予め試験を行って作成するとよい。 Such a data table is created, for example, by preliminarily testing how much deterioration occurs when a lithium ion secondary battery of the same type as the target lithium ion secondary battery stays in the temperature and SOC state. Good.
放置状態では、例えば、特定の温度およびSOCの状態で、リチウムイオン二次電池の劣化が十分に観察できる日数(例えば、10日程度)放置する。放置状態のデータテーブルM1A〜M4Aには、かかる試験を基に、ある特定の温度およびSOCの状態で、1日放置されたときの正極の劣化度K1と、負極の劣化度K2と、リチウムトラップ量TLi、起点SPが評価されている。 In the left state, for example, the lithium ion secondary battery is left for a number of days (for example, about 10 days) at which the deterioration of the lithium ion secondary battery can be sufficiently observed at a specific temperature and SOC. Based on this test, the data tables M1A to M4A in the neglected state include the positive electrode deterioration degree K1, the negative electrode deterioration degree K2, and the lithium trap when left at a specific temperature and SOC for one day. The amount TLi and the starting point SP are evaluated.
また、通電状態では、例えば、特定の温度下で、平均的に、ある特定のSOCの状態になるように、短周期で充電と放電を繰り返す制御を十分に劣化が観察できる程度の予め定められた時間(例えば、24時間程度)行う。通電状態のデータテーブルM1B〜M4Bには、かかる試験を基に、ある特定の温度およびSOCの状態で、1日通電されたときの正極の劣化度K1と、負極の劣化度K2と、リチウムトラップ量TLi、起点SPが評価されている。 Further, in the energized state, for example, it is determined in advance so that deterioration can be sufficiently observed in a control in which charging and discharging are repeated in a short cycle so that an average state of a specific SOC is obtained at a specific temperature. For about 24 hours. In the energized state data tables M1B to M4B, based on this test, the positive electrode deterioration degree K1, the negative electrode deterioration degree K2 when the battery is energized for a day at a specific temperature and SOC, and a lithium trap. The amount TLi and the starting point SP are evaluated.
ここで、正極の劣化度K1と負極の劣化度K2とは、それぞれ初期状態を1として、その劣化の進行度の割合(正極縮み)と(負極縮み)の程度を評価している。リチウムトラップ量TLiは、初期状態を0とし、リチウムトラップ量に応じて容量(Ah)に相当する数値で評価している。 Here, with regard to the deterioration degree K1 of the positive electrode and the deterioration degree K2 of the negative electrode, the initial state is assumed to be 1, and the degree of progress of the deterioration (positive electrode shrinkage) and the degree of (negative electrode shrinkage) are evaluated. The lithium trap amount TLi is evaluated by a numerical value corresponding to the capacity (Ah) according to the lithium trap amount, with the initial state being zero.
図5のデータテーブルM1A、M2Aは、それぞれ1日放置したときの正極の劣化度(K1/day)と、1日放置したときの負極の劣化度(K2/day)とを記録している。図5の例では、正極の劣化度K1と、負極の劣化度K2は、それぞれ初期状態を1とする係数で評価されており、1に近いほど劣化が小さいことを示している。図5の例では、−30℃の低温状態で放置された場合には、正極の劣化度K1と負極の劣化度K2はそれぞれ1であり、劣化が小さいことが示されている。これに対して、温度が上がるにつれて劣化が大きい。特に負極よりも正極の方が温度の影響が大きい傾向が示されている。 The data tables M1A and M2A in FIG. 5 record the degree of deterioration (K1 / day) of the positive electrode when left for 1 day and the degree of deterioration (K2 / day) of the negative electrode when left for 1 day, respectively. In the example of FIG. 5, the deterioration degree K1 of the positive electrode and the deterioration degree K2 of the negative electrode are each evaluated by a coefficient with an initial state of 1, and the closer to 1, the smaller the deterioration. In the example of FIG. 5, when left at a low temperature of −30 ° C., the deterioration degree K1 of the positive electrode and the deterioration degree K2 of the negative electrode are each 1, indicating that the deterioration is small. On the other hand, the deterioration increases as the temperature increases. In particular, the positive electrode shows a tendency that the influence of temperature is larger than that of the negative electrode.
図6のデータテーブルM1B、M2Bは、それぞれ1日通電したときの正極の劣化度K1と、負極の劣化度K2とを記録している。図6の例では、正極の劣化度K1と、負極の劣化度K2は、それぞれ初期状態を1とする係数で評価されており、1に近いほど劣化が小さいことを示している。図6の例では、SOCが0%の近い状態や、100%に近い状態であるほど、正極と負極の劣化が大きいことがそれぞれ示されている。また、温度が高いほど、正極と負極の劣化が大きいことがそれぞれ示されている。 The data tables M1B and M2B in FIG. 6 record the degree of deterioration K1 of the positive electrode and the degree of deterioration K2 of the negative electrode when energized for one day, respectively. In the example of FIG. 6, the deterioration degree K1 of the positive electrode and the deterioration degree K2 of the negative electrode are each evaluated by a coefficient with an initial state of 1, and the closer to 1, the smaller the deterioration. In the example of FIG. 6, it is shown that the deterioration of the positive electrode and the negative electrode is larger as the SOC is near 0% or near 100%. It is also shown that the higher the temperature, the greater the deterioration of the positive electrode and the negative electrode.
図5のデータテーブルM3Aは、1日放置したときのリチウムトラップ量TLiを記録している。図5の例では、リチウムトラップ量TLiは、それぞれ0から1までの数値で評価されており、0はリチウムトラップ量TLiがほとんど増加しないことを示している。また、0に近いほどリチウムトラップ量TLiが小さいことを示している。また、リチウムトラップ量TLiが−であることは、トラップされたリチウムが回復することを示している。換言すれば、リチウムイオン二次電池の電池反応に寄与しなくなったリチウムが、反応に寄与しうる状態に回復することを示している。−の数値は、回復するリチウムの量を示している。 The data table M3A in FIG. 5 records the lithium trap amount TLi when left for one day. In the example of FIG. 5, the lithium trap amount TLi is evaluated by numerical values from 0 to 1, respectively, and 0 indicates that the lithium trap amount TLi hardly increases. Further, the closer to 0, the smaller the lithium trap amount TLi is. Further, the lithium trap amount TLi being − indicates that the trapped lithium is recovered. In other words, lithium that has stopped contributing to the battery reaction of the lithium ion secondary battery is recovered to a state that can contribute to the reaction. The-value indicates the amount of lithium recovered.
図5のデータテーブルM3Aによれば、リチウムイオン二次電池が放置されている場合には、リチウムトラップ量TLiは、温度に依存していることが示されている。ここでは、−30℃の低温状態で放置された場合には、リチウムトラップ量TLiが0であり、リチウムトラップ量TLiの変化がほとんど生じないことが示されている。温度が0℃〜25℃のような温度では、リチウムトラップ量TLiがマイナスであり、リチウムトラップ量TLiが減り、電池反応に寄与するリチウムの量が増えることが示されている。また、温度が60℃程度まで上昇すると、リチウムトラップ量TLiがプラスになり、リチウムトラップ量TLiが増えることが示されている。 According to the data table M3A of FIG. 5, when the lithium ion secondary battery is left untreated, the lithium trap amount TLi depends on the temperature. Here, it is shown that when left in a low temperature state of −30 ° C., the lithium trap amount TLi is 0, and the lithium trap amount TLi hardly changes. It is shown that when the temperature is 0 ° C. to 25 ° C., the lithium trap amount TLi is negative, the lithium trap amount TLi decreases, and the amount of lithium contributing to the battery reaction increases. Further, it is shown that when the temperature rises to about 60 ° C., the lithium trap amount TLi becomes positive and the lithium trap amount TLi increases.
図6のデータテーブルM3Bは、1日通電したときのリチウムトラップ量TLiを記録している。図6のデータテーブルM3Bでは、同じSOCでは、−30℃の低温状態よりも温度が高くなればなるほど、リチウムトラップ量TLiが大きくなり、リチウムトラップ量TLiに対する影響が大きいことが示されている。また、SOC40%〜60%では、リチウムトラップ量TLiが小さい。SOCが0%の近くなればなるほど、また、SOCが100%に近くなればなるほど、リチウムトラップ量TLiが大きくなることが示されている。 The data table M3B in FIG. 6 records the lithium trap amount TLi when the power is supplied for one day. The data table M3B of FIG. 6 shows that, for the same SOC, the lithium trap amount TLi increases as the temperature becomes higher than the low temperature state of −30 ° C., and the influence on the lithium trap amount TLi is greater. Further, when the SOC is 40% to 60%, the lithium trap amount TLi is small. It is shown that the lithium trap amount TLi increases as the SOC approaches 0% and as the SOC approaches 100%.
図5のデータテーブルM4Aは、1時間放置したときの起点SPを記録している。図6のデータテーブルM4Bは、1時間通電したときの起点SPを記録している。図5および図6の例では、起点SPは、それぞれ0から1までの数値で評価されており、0に近ければ近いほど起点SPが小さいことを示しており、1に近ければ近いほど起点SPが大きいことを示している。 The data table M4A in FIG. 5 records the starting point SP when left for 1 hour. The data table M4B in FIG. 6 records the starting point SP when energized for 1 hour. In the examples of FIGS. 5 and 6, the starting point SP is evaluated by a numerical value from 0 to 1, and indicates that the closer to 0, the smaller the starting point SP, and the closer to 1, the starting point SP. Is large.
なお、例えば、通電レートに応じて、正極の劣化度K1と、負極の劣化度K2と、リチウムトラップ量TLiと、起点SPとが異なる傾向であれば、通電レートのレベルに応じて複数のデータテーブルを用意しておくとよい。例えば、図示は省略するが、通電状態のデータテーブルM1B,M2B,M3B,M4Bについては、さらに電流レートに応じて複数のデータテーブルが用意されていてもよい。あるいは、通電した時については、電流レートに応じて、データテーブルを補正する補正係数が用意されていてもよい。電流レートに応じたデータテーブルを用いること、あるいは、電流レートに応じてデータテーブルを補正することによって、正極の劣化度K1と、負極の劣化度K2と、リチウムトラップ量TLiと、起点SPとを精度良く算出しうる。 For example, if the positive electrode deterioration degree K1, the negative electrode deterioration degree K2, the lithium trap amount TLi, and the starting point SP tend to be different from each other according to the energization rate, a plurality of data are set according to the energization rate level. A table should be prepared. For example, although not shown, for the data tables M1B, M2B, M3B, and M4B in the energized state, a plurality of data tables may be prepared according to the current rate. Alternatively, when energized, a correction coefficient for correcting the data table may be prepared according to the current rate. By using a data table corresponding to the current rate or correcting the data table according to the current rate, the deterioration degree K1 of the positive electrode, the deterioration degree K2 of the negative electrode, the lithium trap amount TLi, and the starting point SP are obtained. It can be calculated with high accuracy.
以下に、正極の劣化度K1と、負極の劣化度K2と、リチウムトラップ量TLiと、起点SPとの算出例を順に例示する。 In the following, calculation examples of the positive electrode deterioration degree K1, the negative electrode deterioration degree K2, the lithium trap amount TLi, and the starting point SP will be exemplified in order.
〈正極の劣化度K1の算出例〉
制御装置100は、正極の劣化度K1の算出では、記録部Aに記録されたリチウムイオン二次電池10の温度履歴と、記録部Bに記録されたリチウムイオン二次電池10のSOCの履歴とに基づいて、正極の劣化度K1に関するデータテーブルM1A、M1Bを、単位時間毎に参照する。ここで、当該単位時間においてリチウムイオン二次電池10が放置されているときは、データテーブルM1Aを参照する。当該単位時間においてリチウムイオン二次電池10が通電されているときは、データテーブルM1Bを参照する。これによって単位時間毎に正極の劣化度K1(t)を適切に評価することができる。ここで、正極の劣化度K1(t)は、ある単位時間(t)における参照値を示している。リチウムイオン二次電池10の使用期間において、得られた単位時間毎の正極の劣化度K1(t)を積算することによって、正極の劣化度K1が得られる。
<Calculation example of the deterioration degree K1 of the positive electrode>
When calculating the degree of deterioration K1 of the positive electrode, the
〈負極の劣化度K2の算出例〉
制御装置100は、負極の劣化度K2の算出では、記録部Aに記録されたリチウムイオン二次電池10の温度履歴と、記録部Bに記録されたリチウムイオン二次電池10のSOCの履歴に基づいて、負極の劣化度K2に関するデータテーブルM2A、M2Bを、単位時間毎に参照する。ここで、当該単位時間においてリチウムイオン二次電池10が放置されているときは、データテーブルM2Aを参照する。当該単位時間においてリチウムイオン二次電池10が通電されているときは、データテーブルM2Bを参照する。これによって単位時間毎に負極の劣化度K2(t)を適切に評価することができる。ここで、負極の劣化度K2(t)は、ある単位時間(t)における参照値を示している。リチウムイオン二次電池10の使用期間において、得られた単位時間毎の負極の劣化度K2(t)を積算することによって、負極の劣化度K2が得られる。
<Calculation example of the deterioration degree K2 of the negative electrode>
The
この実施形態では、上述のようにデータテーブルに1日当りの正極の劣化度K1と負極の劣化度K2が記録されている。ここでの正極の劣化度K1と負極の劣化度K2の参照値は、初期状態を1とする係数で評価されている。また、記録部Aの温度履歴と記録部Bの温度履歴では、それぞれ一分毎の履歴が記録されているものとする。この場合の算出式は、以下の式(D)、式(E)の通りである。
K1=Π(1−{(1−K1(t))/1440})・・・(D)
K2=Π(1−{(1−K2(t))/1440})・・・(E)
In this embodiment, as described above, the deterioration degree K1 of the positive electrode and the deterioration degree K2 of the negative electrode per day are recorded in the data table. The reference values of the deterioration degree K1 of the positive electrode and the deterioration degree K2 of the negative electrode here are evaluated by a coefficient with an initial state of 1. Further, in the temperature history of the recording unit A and the temperature history of the recording unit B, it is assumed that a history for each minute is recorded. The calculation formula in this case is as the following formulas (D) and (E).
K1 = Π (1-{(1-K1 (t)) / 1440}) (D)
K2 = Π (1-{(1-K2 (t)) / 1440}) (E)
ここで、正極の劣化度K1と負極の劣化度K2の参照値が初期状態を1とする係数で評価されているため、(1−K1(t))の部分は、データテーブルにおける単位時間(ここでは1日)において劣化がどの程度進行するかを示している。(1−K1(t))/1440は、データテーブルの参照値が1日当りの劣化度を評価しているのに対して、記録部Aの温度履歴と記録部Bの温度履歴は、それぞれ一分毎の履歴で記録されているので、1440分(60分*24)で割って1分当りの劣化度として評価したものである。(1−{(1−K1(t))/1440})は、当該単位時間(ここでは、1分)における劣化度を示している。Πは、(1−{(1−K1(t))/1440})を積算することを示す記号である。ここでは、Πは、総乗を示している。 Here, since the reference values of the deterioration degree K1 of the positive electrode and the deterioration degree K2 of the negative electrode are evaluated by a coefficient having an initial state of 1, the portion (1-K1 (t)) is a unit time ( Here, it shows how much deterioration proceeds in 1 day). In (1-K1 (t)) / 1440, the reference value of the data table evaluates the degree of deterioration per day, whereas the temperature history of the recording unit A and the temperature history of the recording unit B are one each. Since it is recorded in the history of every minute, it is evaluated as the degree of deterioration per minute by dividing by 1440 minutes (60 minutes * 24). (1-{(1-K1 (t)) / 1440}) indicates the degree of deterioration in the unit time (here, 1 minute). Π is a symbol indicating that (1-{(1-K1 (t)) / 1440}) is integrated. Here, Π indicates the total power.
つまり、0から予め定められた期間(x)まで、単位時間(1分)毎に(1−{(1−K1(t))(t=0〜x)を算出する。そして、これを0からxまで順に乗算する。これによって、当該期間(t=0〜x)における正極の劣化度K1が得られる。ここでは、正極の劣化度K1について説明しているが、負極の劣化度K2についても同様に算出される。なお、単位時間毎の劣化度の積算方法は、劣化度の設定の仕方や、リチウムイオン二次電池の活物質の性質に応じて適当な積算方法を採用するとよい。例えば、ここではΠは総乗を意味しているが、劣化度の設定の仕方によってはΠを総和として積算してもよい。 That is, (1-{(1-K1 (t)) (t = 0 to x) is calculated for each unit time (1 minute) from 0 to a predetermined period (x). In this way, the positive electrode deterioration degree K1 in the period (t = 0 to x) is obtained.Here, the positive electrode deterioration degree K1 is described, but the negative electrode deterioration degree K2 is described. It should be noted that an appropriate integration method may be employed as a method of integrating the deterioration degree per unit time depending on the method of setting the deterioration degree and the nature of the active material of the lithium ion secondary battery. For example, here, Π means the sum of powers, but depending on how the degradation degree is set, Π may be integrated as a sum.
上記の算出式によって、ある期間における正極の劣化度K1と、負極の劣化度K2とを推定することができる。制御装置100は、当該期間の初期の劣化度(前回までに算出された劣化度)を記憶しているとよい。そして、当該期間の初期の劣化度と、算出された当該期間の劣化度とを掛け合わせるとよい。ここで、当該期間の初期の正極の劣化度(前回までに算出された劣化度)をLK1とする。当該期間の初期の負極の劣化度(前回までに算出された劣化度)をLK2とする。この場合、正極の劣化度K1と、負極の劣化度K2は、以下の式(D1)、式(E1)で算出されうる。
K1=LK1×Π(1−{(1−K1(t))/1440})・・・(D1)
K2=LK2×Π(1−{(1−K2(t))/1440})・・・(E1)
例えば、初期状態から継続して算出することによって初期状態からの正極の劣化度K1と負極の劣化度K2を算出することができる。
With the above calculation formula, the deterioration degree K1 of the positive electrode and the deterioration degree K2 of the negative electrode in a certain period can be estimated. The
K1 = LK1 × Π (1-{(1-K1 (t)) / 1440}) (D1)
K2 = LK2 × Π (1-{(1-K2 (t)) / 1440}) (E1)
For example, the deterioration degree K1 of the positive electrode and the deterioration degree K2 of the negative electrode from the initial state can be calculated by continuously calculating from the initial state.
〈算出部E〉
算出部Eは、温度履歴とSOC履歴とに基づいて、対象となるリチウムイオン二次電池10の正極の劣化度K1を算出する。この場合、制御装置100は、温度と、SOCと、単位時間あたりの正極の劣化度との関係が予め記録されたデータテーブルM1A、M1Bを記憶した記録部E1を備えているとよい。算出部Eは、記録部G1に記憶されたデータテーブルM1A、M1Bと、温度履歴とSOC履歴とから得られる単位時間毎の正極劣化量を基に、正極の劣化度K1を算出するとよい。
<Calculation unit E>
The calculating unit E calculates the deterioration degree K1 of the positive electrode of the target lithium ion
〈算出部F〉
算出部Fは、温度履歴とSOC履歴とに基づいて、対象となるリチウムイオン二次電池の負極の劣化度K2を算出する。この場合、制御装置100は、温度と、SOCと、単位時間あたりの負極の劣化度との関係が予め記録されたデータテーブルM2A、M2Bを記憶した記録部F1を備えているとよい。算出部Fは、記録部F1に記憶されたデータテーブルM2A、M2Bと、温度履歴とSOC履歴とから得られる単位時間毎の負極劣化量を基に、負極の劣化度K2を算出するとよい。
<Calculation unit F>
The calculation unit F calculates the deterioration degree K2 of the negative electrode of the target lithium ion secondary battery based on the temperature history and the SOC history. In this case, the
〈算出部G〉
算出部Gは、温度履歴とSOC履歴とに基づいて、対象となるリチウムイオン二次電池10のリチウムトラップ量TLiを算出する。この場合、制御装置100は、温度と、SOCと、単位時間あたりのリチウムトラップ量との関係が予め記録されたデータテーブルM3A、M3Bを記憶した記録部G1を備えているとよい。算出部Gは、記録部G1に記憶されたデータテーブルM3A、M3Bと、温度履歴とSOC履歴とから得られる単位時間毎のリチウムトラップ量ΔTLiを基に、リチウムトラップ量TLiを算出するとよい。
<Calculation unit G>
The calculation unit G calculates the lithium trap amount TLi of the target lithium ion
〈リチウムトラップ量TLiの算出〉
リチウムトラップ量TLiは、以下の式(F)で算出される。
TLi=Σ(TLi(t)/1440)・・・(F)
つまり、この実施形態では、上述のようにデータテーブルM3A、M3Bに1日当りのリチウムトラップ量TLiが記録されている。ここでのリチウムトラップ量TLiの参照値は、初期状態を0とし、最大限劣化した状態を1として、0から1の数値で評価されている。また、記録部Aの温度履歴と記録部Bの温度履歴では、それぞれ一分毎の履歴が記録されているものとする。ここで、TLi(t)は、ある単位時間(t)におけるリチウムトラップ量TLiの参照値である。Σは、積和を示している。例えば、0〜xまでの期間のリチウムトラップ量TLiを算出する場合は、t=0〜xまでの(TLi(t)/1440)を足し合わせるとよい。
<Calculation of lithium trap amount TLi>
The lithium trap amount TLi is calculated by the following equation (F).
TLi = Σ (TLi (t) / 1440) (F)
That is, in this embodiment, the lithium trap amount TLi per day is recorded in the data tables M3A and M3B as described above. The reference value of the lithium trap amount TLi here is evaluated by a numerical value from 0 to 1, where 0 is the initial state and 1 is the state of maximum degradation. Further, in the temperature history of the recording unit A and the temperature history of the recording unit B, it is assumed that a history for each minute is recorded. Here, TLi (t) is a reference value of the lithium trap amount TLi in a certain unit time (t). Σ indicates a sum of products. For example, when calculating the lithium trap amount TLi in the period from 0 to x, (TLi (t) / 1440) from t = 0 to x may be added.
また、制御装置100は、当該期間の初期のリチウムトラップ量LTLiを記憶しているとよい。この場合、当該期間の初期のリチウムトラップ量LTLiと、当該期間で算出されたリチウムトラップ量を足し合わせることによって、当該期間の初期のリチウムトラップ量LTLiを加味したリチウムトラップ量TLiを算出することができる。
この場合、例えば、以下の式(F1)により、初期状態から継続してリチウムトラップ量TLiを算出することによって、初期状態からのリチウムトラップ量TLiを算出することができる。
TLi=LTLi+Σ(TLi(t)/1440)・・・(F1)
Moreover, the
In this case, for example, the lithium trap amount TLi from the initial state can be calculated by calculating the lithium trap amount TLi continuously from the initial state by the following formula (F1).
TLi = LTLi + Σ (TLi (t) / 1440) (F1)
〈算出部H〉
算出部Hは、温度履歴とSOC履歴とに基づいて、対象となるリチウムイオン二次電池の正極電位と負極電位の起点SPを算出する。この場合、制御装置100は、温度と、SOCと、単位時間あたりの起点SPとの関係が予め記録されたデータテーブルM4A、M4Bを記憶した記録部H1を備えているとよい。この実施形態では、起点SPは、データテーブルM4A、M4Bの各マス目の値と、各マス目で規定される条件に滞在した時間(滞在時間)とを掛けた値の総和を、総時間(滞在時間の総和)で割った値で評価される。
<Calculation unit H>
The calculation unit H calculates the positive electrode potential and the negative electrode potential starting point SP of the target lithium ion secondary battery based on the temperature history and the SOC history. In this case, the
図5の例では、リチウムイオン二次電池10がSOC100%、25℃の状態で5時間放置され、その後、SOC80%、60℃の状態で5時間放置された場合では、データテーブルM4AのSOC100%、25℃の状態のマス目の値(1.0)に時間(5h)を掛ける。そして、SOC80%、60℃の状態のマス目の値(0.9)に時間(5h)を掛ける。それぞれ掛けた値を足して総時間(10h)で割る。SP=(1.0×5h+0.9×5h)/10h=0.95となる。ここで、起点SPは、正極電位Pおよび負極電位Qが縮む際の起点である。正極電位Pでは、正極初期容量W+の0.95(95%)の位置が、正極電位Pが劣化により縮む際の起点になる。負極電位Qでは、負極初期容量W−の0.95(95%)の位置が、負極電位Qが劣化により縮む際の起点になる。
In the example of FIG. 5, when the lithium ion
〈算出部I〉
算出部Iは、記録部Cに記録されたSOCと正極電位Pとの関係と、記録部Dに記録されたSOCと負極電位Qとの関係と、正極の劣化度K1と、負極の劣化度K2と、リチウムトラップ量TLiと、起点SPとに基づいて、対象となるリチウムイオン二次電池10の開回路電圧を算出する。
<Calculation unit I>
The calculation unit I calculates the relationship between the SOC recorded in the recording unit C and the positive electrode potential P, the relationship between the SOC recorded in the recording unit D and the negative electrode potential Q, the deterioration degree K1 of the positive electrode, and the deterioration degree of the negative electrode. Based on K2, the lithium trap amount TLi, and the starting point SP, the open circuit voltage of the target lithium ion
例えば、制御装置100には、正極の劣化度K1と、負極の劣化度K2と、リチウムトラップ量TLiと、起点SPとに基づいて、図3に示すような、リチウムイオン二次電池10の劣化後の正極電位P1と負極電位Q1とが導出できるマップデータが予め用意されているとよい。マップデータは、(P1,Q1)=(K1,K2,TLi,SP)と表記されうる。リチウムイオン二次電池10の開回路電圧は、導出された劣化後の正極電位P1と負極電位Q1の電位差として導き出されうる。
For example, in the
〈算出部J〉
算出部Jは、正極の劣化度K1と、負極の劣化度K2と、リチウムトラップ量TLiとに基づいてリチウムイオン二次電池10の劣化度Xを算出する。ここで、制御装置100には、正極の劣化度K1と、負極の劣化度K2と、リチウムトラップ量TLiと、起点SPとに基づいて、リチウムイオン二次電池10の劣化度Xが導出できるマップデータが予め用意されているとよい。マップデータは、X=(K1,K2,TLi,SP)と表記されうる。リチウムイオン二次電池10の劣化度Xを算出する処理は、正極の劣化度K1と、負極の劣化度K2と、リチウムトラップ量TLiと、起点SPとに基づいて、マップデータ{X=(K1,K2,TLi,SP)}から、Xを導き出すとよい。
<Calculation part J>
The calculation unit J calculates the deterioration degree X of the lithium ion
また、算出部Iおよび算出部Jの他の方法として、正極の劣化度K1と、負極の劣化度K2と、リチウムトラップ量TLiと、起点SPとに基づいて導出される、図3に示すような劣化後の正極電位P1と負極電位Q1に基づいて開回路電圧と劣化度Xを算出する方法も採用しうる。 Further, as another method of the calculation unit I and the calculation unit J, as shown in FIG. 3, it is derived based on the deterioration degree K1 of the positive electrode, the deterioration degree K2 of the negative electrode, the lithium trap amount TLi, and the starting point SP. A method of calculating the open circuit voltage and the deterioration degree X based on the positive electrode potential P1 and the negative electrode potential Q1 after the deterioration can also be adopted.
例えば、劣化後の正極容量(W1+)は、正極初期容量(W+)と正極の劣化度(K1)との積で算出できる。また、初期状態の正極電位Pの始端Psを基準とした、劣化後の正極電位P1の始端P1sのずれ量X1(電流量)は、正極初期容量(W+)と正極の劣化度K1に基づく(1−K1)と起点(SP)との積{X1=(W+)×(1−K1)×SP}とで求められる。かかる劣化後の正極容量W1+と、劣化後の正極電位P1の始端P1sのずれ量X1とによって、図3に示すように、劣化後の正極電位P1が得られる。 For example, the post-degradation positive electrode capacity (W1 +) can be calculated by the product of the positive electrode initial capacity (W +) and the positive electrode deterioration degree (K1). Further, the deviation amount X1 (current amount) of the start end P1s of the positive electrode potential P1 after deterioration based on the start end Ps of the positive electrode potential P in the initial state is based on the positive electrode initial capacity (W +) and the deterioration degree K1 of the positive electrode ( 1−K1) and the starting point (SP) {X1 = (W +) × (1−K1) × SP}. As shown in FIG. 3, the deteriorated positive electrode potential P1 is obtained by the positive electrode capacity W1 + after deterioration and the shift amount X1 of the starting end P1s of the positive electrode potential P1 after deterioration.
また、劣化後の負極容量(W1−)は、負極初期容量(W−)と負極の劣化度(K2)との積で算出できる。また、初期状態の負極電位Qの始端Qsを基準とした、劣化後の負極電位Q1の始端Q1sのずれ量X2(電流量)は、負極初期容量(W−)と負極の劣化度K2に基づく(1−K2)と起点(SP)との積{(W−)×(1−K2)×SP}と、リチウムトラップ量TLiとの和で求められる[X2=TLi+{(W−)×(1−K2)×SP}]。かかる劣化後の負極容量W1−と、劣化後の負極電位Q1の始端Q1sのずれ量X2とによって、図3に示すように、劣化後の負極電位Q1が得られる。 Further, the negative electrode capacity (W1-) after deterioration can be calculated by the product of the negative electrode initial capacity (W-) and the deterioration degree (K2) of the negative electrode. Further, the amount of deviation X2 (current amount) of the starting end Q1s of the negative electrode potential Q1 after deterioration based on the starting end Qs of the negative electrode potential Q in the initial state is based on the negative electrode initial capacity (W−) and the deterioration degree K2 of the negative electrode. [X2 = TLi + {(W−) × (), which is obtained by the sum of the product {(W−) × (1−K2) × SP} of (1−K2) and the starting point (SP)) and the lithium trap amount TLi. 1-K2) × SP}]. As shown in FIG. 3, the negative electrode potential Q1 after deterioration is obtained by the negative electrode capacity W1- after deterioration and the shift amount X2 of the starting end Q1s of the negative electrode potential Q1 after deterioration.
劣化後の開回路電圧(OCV)は、劣化後の正極電位P1と負極電位Q1との電位差として推定されうる。また、OCV(P1−Q1)が予め定められた下限電圧(この実施形態では、3.0V)となる位置と、OCV(P1−Q1)が予め定められた上限電圧(この実施形態では、4.1V)となる位置を特定する。そして、3.0V〜4.1Vの間の電池容量を算出する。そして、算出された電池容量を劣化後の電池容量Ixとする。そして、以下の式(G)に基づいて劣化後の電池容量Ixを初期容量Ioで割ってリチウムイオン二次電池10の劣化度X(容量維持率)を算出してもよい。
X=Ix/Io・・・(G)
The open circuit voltage (OCV) after deterioration can be estimated as a potential difference between the positive electrode potential P1 and the negative electrode potential Q1 after deterioration. Further, the position at which OCV (P1-Q1) becomes a predetermined lower limit voltage (3.0 V in this embodiment), and the OCV (P1-Q1) has a predetermined upper limit voltage (4 in this embodiment). .1V) is specified. And the battery capacity between 3.0V-4.1V is calculated. The calculated battery capacity is defined as a deteriorated battery capacity Ix. Then, the deterioration degree X (capacity maintenance ratio) of the lithium ion
X = Ix / Io (G)
このように、制御装置100の算出部I,Jは、正極の劣化度K1,負極の劣化度K2,リチウムトラップ量TLiおよび起点SPに基づいて、正極電位の推定ずれ量X1や、負極電位の推定ずれ量X2や、リチウムイオン二次電池10の開回路電圧や、劣化後の電池容量Ixなどを推定する処理を含んでいてもよい。
As described above, the calculation units I and J of the
また、制御装置100は、正極の劣化度K1が予め定められた閾値を超えた場合、または、負極の劣化度K2が予め定められた閾値を超えた場合に、リチウムイオン二次電池10に通電する電流値を抑制してもよい。正極の劣化度K1が予め定められた閾値を超えている場合、または、負極の劣化度K2が予め定められた閾値を超えている場合には、正極活物質または負極活物質が劣化している可能性があり、リチウムイオン二次電池10に通電する電流値を抑制することによって、リチウムイオン二次電池10の容量劣化が進行するのを抑制することができる。
In addition, the
〈電流抑制部K〉
この場合、制御装置100は、当該処理を実施する電流抑制部Kを備えているとよい。電流抑制部Kは、正極の劣化度K1が予め定められた閾値を超えている場合、または、負極の劣化度K2が予め定められた閾値を超えている場合に、リチウムイオン二次電池10に通電する電流値を抑制する。ここで、閾値は、リチウムイオン二次電池10への通電を抑制すべきと考えられる状況に応じて任意に設定されうる。
<Current suppression part K>
In this case, the
例えば、制御装置100は、記録部F2と算出部F3を備えているとよい。ここで、記録部F2は、正極の劣化度K1と負極の劣化度K2と、リチウムイオン二次電池10に通電する電流値を抑制する係数Jとの関係が予め定められたデータテーブルM5{J=(K1,K2)}を記憶しているとよい。算出部F3は、正極の劣化度K1と負極の劣化度K2とに基づいて、リチウムイオン二次電池に通電する電流値を算出する。ここで、算出部F3の処理は、正極の劣化度K1と負極の劣化度K2とデータテーブルM5{J=(K1,K2)}とに基づいて、リチウムイオン二次電池10に通電する電流値を抑制する係数Jを求める。そして、式(H)のように、通常の制御において、リチウムイオン二次電池10に通電されるべき電流値Aoに対して、係数Jを掛けて実際に通電する電流値Axを求める。
Ax=Ao×J・・・(H)
ここで、当該係数Jは、リチウムイオン二次電池10に通電する電流値を抑制する係数であり、0〜1の数値で設定されているとよい。
For example, the
Ax = Ao × J (H)
Here, the coefficient J is a coefficient that suppresses a current value that is applied to the lithium ion
また、リチウムトラップ量TLiに基づいて、リチウムトラップ量TLiが予め定められた閾値を超えた場合に、リチウムイオン二次電池への通電を停止してもよい。リチウムトラップ量TLiが予め定められた閾値を超えた場合には、リチウムイオン二次電池10において、電池反応に寄与しないリチウムが予め定められた量を超えて増加していることを意味している。この場合、リチウムイオン二次電池10への通電を停止することによって、電池反応に寄与するリチウムの量を回復させ、リチウムトラップ量TLiを減少させることができる。
Further, based on the lithium trap amount TLi, when the lithium trap amount TLi exceeds a predetermined threshold, energization to the lithium ion secondary battery may be stopped. When the lithium trap amount TLi exceeds a predetermined threshold value, it means that in the lithium ion
〈停止制御部L〉
この場合、制御装置100は、停止制御部Lを備えているとよい。停止制御部Lは、リチウムトラップ量TLiに基づいて、予め定められた閾値よりも大きい場合に、リチウムイオン二次電池10への通電を停止する。ここで、閾値は、リチウムイオン二次電池10への通電を停止すべきと考えられる状況に応じて任意に設定されうる。
<Stop control unit L>
In this case, the
以上のように、制御装置100は、リチウムイオン二次電池10の劣化度算出方法として、上記の処理F1、F2ように正極の劣化度K1、負極の劣化度K2、あるいは、リチウムトラップ量TLiに基づいてリチウムイオン二次電池の劣化度を算出する処理を具現化した処理部を備えているとよい。
As described above, the
図7は、制御装置100の制御フローの一例を示すフローチャートである。図7で示された制御フローは以下の通りである。この制御フローは、リチウムイオン二次電池10が車両に搭載される用途を想定している。開始処理:ここでは、定常走行モードに入った状態でこの制御フローが開始される。
FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of a control flow of the
S100:初期状態の正極電位Pと負極電位Qとについてそれぞれ単極のマップを保持する。
S101:制御対象となるリチウムイオン二次電池の電圧、電流および温度を検知する。制御装置100では、温度センサによって検知された温度に基づく温度履歴は、記録部Aに記録される。電圧値、電流値の履歴についても合わせて制御装置100に記録される(図4参照)。
S102:制御対象となるリチウムイオン二次電池のSOCを検知する。制御装置100では、SOC検知部101によって検知されたSOCに基づくSOC履歴が記録部Bに記録される(図4参照)。
S103:正極の劣化度K1を算出する。制御装置100では、算出部Eが、温度履歴とSOC履歴とに基づいて、対象となるリチウムイオン二次電池10の正極の劣化度K1を算出する(図4参照)。
S104:負極の劣化度K2を算出する。制御装置100では、算出部Fが、温度履歴とSOC履歴とに基づいて、対象となるリチウムイオン二次電池10の負極の劣化度K2を算出する(図4参照)。
S105:リチウムトラップ量TLiを算出する。制御装置100では、算出部Gが、温度履歴とSOC履歴とに基づいて、対象となるリチウムイオン二次電池10のリチウムトラップ量TLiを算出する(図4参照)。
S106:縮み起点SPを算出する。制御装置100では、算出部Hが、温度履歴とSOC履歴とに基づいて、対象となるリチウムイオン二次電池の正極電位と負極電位の起点SPを算出する(図4参照)。
S107:正極の劣化度K1,負極の劣化度K2,リチウムトラップ量TLiおよび起点SPに基づいて、対象となるリチウムイオン二次電池10の劣化後の開回路電圧(OCV)と、劣化度Xとを算出する。制御装置100では、算出部I,Jが、温度履歴とSOC履歴とに基づいて、対象となるリチウムイオン二次電池10のリチウムトラップ量TLiを算出する(図4参照)。
S108:正極の劣化度K1と、負極の劣化度K2とに基づいて、対象となるリチウムイオン二次電池の容量劣化を判定する。図7に示すフローでは、制御装置100は、正極の劣化度K1が予め定められた閾値Lk1を超えているか否か(K1>Lk1)を判定する(図4参照)。また、負極の劣化度K2が予め定められた閾値Lk2を超えているか否か(K2>Lk2)を判定する。
S208:正極の劣化度K1と負極の劣化度K2の何れか一方が閾値(Lk1,Lk2)を超えている場合に電流抑制制御(S206)が実施される。制御装置100では、電流抑制部Kが対象となるリチウムイオン二次電池10への通電を抑制する。制御装置100は、例えば、Ig=f(k1,k2)で示される関数式、あるいは、データテーブルを予め記憶しておき、算出される電流値Igに従って、対象となるリチウムイオン二次電池10に通電する電流値を制御するとよい。
S109:リチウムトラップ量TLiが予め定められた閾値(Lt)を超えているか否か(TLi>Lt)を判定する。
S209:停止制御が実施される。リチウムトラップ量TLiが予め定められた閾値(Lt)を超えている場合に、対象となるリチウムイオン二次電池10への通電を停止する。制御装置100は、では停止制御部Lによって処理される。制御装置100は、例えば、Th=f(TLi)で示される関数式、あるいは、データテーブルを予め記憶しておき、算出される時間Thに従って、対象となるリチウムイオン二次電池10への通電を停止する時間が設定されるように構成されているとよい。
S110:通常の通電処理が実施される。制御装置100は、上記判定ステップS108で、劣化度K1と劣化度K2が何れも閾値(Lk1,Lk2)を超えておらず、上記判定ステップS109で、リチウムトラップ量TLiが予め定められた閾値(Lt)を超えていない場合に、対象となるリチウムイオン二次電池10への通常の通電処理を実施する。
S100: A unipolar map is held for each of the positive electrode potential P and the negative electrode potential Q in the initial state.
S101: The voltage, current, and temperature of the lithium ion secondary battery to be controlled are detected. In the
S102: The SOC of the lithium ion secondary battery to be controlled is detected. In the
S103: The deterioration degree K1 of the positive electrode is calculated. In the
S104: The deterioration degree K2 of the negative electrode is calculated. In the
S105: A lithium trap amount TLi is calculated. In the
S106: A shrinkage start point SP is calculated. In the
S107: Based on the deterioration degree K1 of the positive electrode, the deterioration degree K2, the lithium trap amount TLi, and the starting point SP of the negative electrode, the open circuit voltage (OCV) after deterioration of the target lithium ion
S108: The capacity deterioration of the target lithium ion secondary battery is determined based on the deterioration degree K1 of the positive electrode and the deterioration degree K2 of the negative electrode. In the flow shown in FIG. 7, the
S208: Current suppression control (S206) is performed when one of the positive electrode deterioration degree K1 and the negative electrode deterioration degree K2 exceeds a threshold value (Lk1, Lk2). In the
S109: It is determined whether or not the lithium trap amount TLi exceeds a predetermined threshold (Lt) (TLi> Lt).
S209: Stop control is performed. When the lithium trap amount TLi exceeds a predetermined threshold value (Lt), energization to the target lithium ion
S110: A normal energization process is performed. In the determination step S108, the
本制御は、対象となるリチウムイオン二次電池10が使用されている状態では、常に実行されていることが望ましく、制御終了後、開始処理に戻る。対象となるリチウムイオン二次電池10が使用されている状態では、繰り返し実行される。なお、図示は省略するが、制御終了後、開始処理に戻る処理において、制御を終了する条件が設定された判定処理部が設けられており、条件付きで制御が終了されるように構成してもよい。
It is desirable that this control is always executed in a state where the target lithium ion
以上、ここで提案されるリチウムイオン二次電池の制御方法および制御装置を種々説明した。ここで提案されるリチウムイオン二次電池の制御方法および制御装置は、特に言及されない限りにおいて、上述した実施形態に限定されず、種々の変更が可能である。 Heretofore, various control methods and control devices for the lithium ion secondary battery proposed here have been described. The control method and control device for the lithium ion secondary battery proposed here are not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made unless otherwise specified.
ここで提案されるリチウムイオン二次電池の制御方法および制御装置は、種々のリチウムイオン二次電池の制御に適用できる。
制御対象となるリチウムイオン二次電池の正極活物質材料としては、例えば、リチウム遷移金属複合酸化物が挙げられる。
リチウム遷移金属複合酸化物としては、例えば、遷移金属としてコバルトを多く含む(コバルト系)材料、遷移金属としてニッケルを多く含む(ニッケル系)材料、遷移金属としてニッケル、コバルト、マンガンを含む(いわゆる三元系)材料、マンガンスピネル系材料、いわゆるオリビン系材料などが挙げられる。
制御対象となるリチウムイオン二次電池の負極活物質材料としては、例えば、非晶質天然黒鉛やグラファイトのような炭素系の負極材料や、チタン酸リチウムなどが挙げられる。
The lithium ion secondary battery control method and control apparatus proposed here can be applied to control of various lithium ion secondary batteries.
Examples of the positive electrode active material of the lithium ion secondary battery to be controlled include a lithium transition metal composite oxide.
Examples of the lithium transition metal composite oxide include, for example, a cobalt-rich (cobalt) material as a transition metal, a nickel-rich (nickel) material as a transition metal, and nickel, cobalt, and manganese as transition metals (so-called three Original materials), manganese spinel materials, so-called olivine materials, and the like.
Examples of the negative electrode active material of the lithium ion secondary battery to be controlled include carbon-based negative electrode materials such as amorphous natural graphite and graphite, and lithium titanate.
10 リチウムイオン二次電池
12 正極端子
14 負極端子
22 電流計
24 電圧計
26 温度センサ
32 入力装置
34 出力装置
42 入力スイッチ
44 出力スイッチ
100 制御装置
101 検知部
A 記録部
B 記録部
C 記録部
D 記録部
E 算出部
E1 記録部
F 算出部
F1 記録部
F2 記録部
F3 算出部
G 算出部
G1 記録部
H 算出部
H1 記録部
I 算出部
J 算出部
K 電流抑制部
L 停止制御部
M1〜M5 データテーブル
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記対象となるリチウムイオン二次電池のSOCを検知するSOC検知部と、
前記温度センサによって検知された温度に基づく温度履歴を記録する記録部Aと、
前記SOC検知部によって検知されたSOCに基づくSOC履歴を記録する記録部Bと、
前記対象となるリチウムイオン二次電池の初期状態のSOCと正極電位との関係を記録した記録部Cと、
前記対象となるリチウムイオン二次電池の初期状態のSOCと負極電位との関係を記録した記録部Dと、
前記温度履歴と前記SOC履歴とに基づいて、前記対象となるリチウムイオン二次電池の正極の劣化度K1を算出する算出部Eと、
前記温度履歴と前記SOC履歴とに基づいて、前記対象となるリチウムイオン二次電池の負極の劣化度K2を算出する算出部Fと、
前記温度履歴と前記SOC履歴とに基づいて、前記対象となるリチウムイオン二次電池のリチウムトラップ量TLiを算出する算出部Gと、
前記温度履歴と前記SOC履歴とに基づいて、前記対象となるリチウムイオン二次電池の正極電位と負極電位の起点SPを算出する算出部Hと、
前記記録部Cに記録されたSOCと正極電位との関係と、前記記録部Dに記録されたSOCと負極電位との関係と、前記算出部Eによって算出された正極の劣化度K1と、前記算出部Fによって算出された負極の劣化度K2と、前記算出部Gによって算出されたリチウムトラップ量TLiと、前記算出部Hによって算出された起点SPとに基づいて、前記対象となるリチウムイオン二次電池の開回路電圧を算出する算出部Iと
を含む、リチウムイオン二次電池の制御装置。 A temperature sensor for detecting the temperature of the target lithium ion secondary battery;
An SOC detector for detecting the SOC of the target lithium ion secondary battery;
A recording unit A for recording a temperature history based on the temperature detected by the temperature sensor;
A recording unit B that records an SOC history based on the SOC detected by the SOC detection unit;
A recording unit C that records the relationship between the SOC and the positive electrode potential in the initial state of the target lithium ion secondary battery;
A recording unit D that records the relationship between the SOC and negative electrode potential in the initial state of the target lithium ion secondary battery;
A calculation unit E that calculates a deterioration degree K1 of the positive electrode of the target lithium ion secondary battery based on the temperature history and the SOC history;
A calculation unit F that calculates a deterioration degree K2 of the negative electrode of the target lithium ion secondary battery based on the temperature history and the SOC history;
A calculation unit G that calculates a lithium trap amount TLi of the target lithium ion secondary battery based on the temperature history and the SOC history;
Based on the temperature history and the SOC history, a calculation unit H that calculates the starting point SP of the positive electrode potential and the negative electrode potential of the target lithium ion secondary battery,
The relationship between the SOC recorded in the recording unit C and the positive electrode potential, the relationship between the SOC recorded in the recording unit D and the negative electrode potential, the degree of deterioration K1 of the positive electrode calculated by the calculation unit E, and Based on the deterioration degree K2 of the negative electrode calculated by the calculation unit F, the lithium trap amount TLi calculated by the calculation unit G, and the starting point SP calculated by the calculation unit H, the target lithium ion 2 The control apparatus of a lithium ion secondary battery including the calculation part I which calculates the open circuit voltage of a secondary battery.
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